Het nieuwe MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT) heeft onderzoekers een beter beeld gegeven van een spectaculaire kosmische botsing. De waarnemingen tonen voor het eerst de beweging van gas dat uit het sterrenstelsel ESO 137-001 wordt gerukt, terwijl dit stelsel zich met hoge snelheid in een omvangrijke cluster boort. De resultaten zijn de sleutel tot de oplossing van een al lang bestaand mysterie: waarom de stervorming in clusters tot stilstand komt.
Een onderzoeksteam onder leiding van Michele Fumagalli van de Extragalactic Astronomy Group en het Institute for Computational Cosmology van Durham University behoorde tot de eerste gebruikers van ESO’s Multi Unit Spectroscopic Explorer-instrument (MUSE) van de VLT. Door ESO 137-001 waar te nemen – een spiraalstelsel dat op 200 miljoen lichtjaar afstand in het zuidelijke sterrenbeeld Zuiderdriehoek (Triangulum Australis) staat – kregen de onderzoekers het beste beeld tot nu toe van wat er met dit stelsel gebeurt terwijl het door de Norma-cluster suist.
MUSE geeft astronomen niet alleen een foto, maar levert ook een spectrum – een band van kleuren – voor elke pixel van het beeldveld. Met dit instrument verzamelen wetenschappers elke keer dat zij naar een object kijken ongeveer 90 000 spectra. Op die manier worden de bewegingen en andere eigenschappen van de waargenomen objecten buitengewoon gedetailleerd in kaart gebracht [1]. ESO 137-001 is onderhevig aan een proces dat ram-pressure stripping wordt genoemd. Dat proces treedt op wanneer een object met hoge snelheid door een vloeistof of gas beweegt. Het laat zich vergelijken met de wijze waarop het haar van een hond door de lucht naar achteren wordt geblazen wanneer deze zijn kop uit het raam van een rijdende auto steekt. In dit geval behoort het gas tot het enorme omhulsel van zeer ijl, heet gas rond de cluster waar ESO 137-001 met een snelheid van enkele miljoenen kilometers per uur doorheen beweegt [2].
Daarbij raakt het sterrenstelsel het grootste deel van zijn gas kwijt – de grondstof die nodig is om nieuwe generaties van jonge, blauwe sterren te kunnen maken. ESO 137-001 ondergaat op dit moment een galactische metamorfose die ertoe zal leiden dat hij van een blauw, gasrijk stelsel in een rood, gasarm stelsel verandert. Wetenschappers denken dat het waargenomen proces een al lang bestaand wetenschappelijk vraagstuk kan helpen oplossen. ‘Het is een van de hoofdtaken van de moderne astronomie om te ontdekken hoe en waarom sterrenstelsels in clusters binnen heel korte tijd van blauw naar rood evolueren,’ zegt Fumagalli. ‘Door een stelsel te betrappen op het moment dat het van het één in het ander overgaat, kunnen we onderzoeken hoe dit gebeurt.’
Het waarnemen van dit kosmische schouwspel is echter geen makkelijke opgave. De Norma-cluster ligt dicht bij het vlak van ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, waardoor hij schuilgaat achter overvloedige hoeveelheden galactisch stof en gas. Met behulp van MUSE, die gemonteerd is op een van de 8-meter telescopen van de VLT-sterrenwacht op Paranal (Chili), konden de wetenschappers niet alleen het gas in en rond het stelsel detecteren, maar ook de beweging ervan waarnemen. Het nieuwe instrument is zo efficiënt dat één uur waarnemingstijd voldoende was om een hoge-resolutie-opname van het sterrenstelsel én van de verdeling en beweging van het daarin aanwezige gas te maken.
De waarnemingen laten zien dat de buitendelen van ESO 137-001 al volledig verstoken zijn van gas. Dit komt doordat het clustergas – verhit tot miljoenen graden – het koelere gas uit ESO 137-001 verdrijft, terwijl dit stelsel zich richting clustercentrum spoedt. Dit gebeurt het eerst in de spiraalarmen, waar de sterren en de materie dungezaaider zijn dan in het centrum, en de zwaartekracht maar relatief weinig greep heeft op het gas. In het centrum van het stelsel daarentegen is de zwaartekrachtsaantrekking sterk genoeg om langer stand te houden in deze kosmische krachtmeting, en is nog steeds gas waarneembaar. Uiteindelijk zal al het verdreven gas in de vorm van heldere slierten in het kielzog van ESO 137-001 achterblijven – stille getuigen van een dramatische roofoverval. Het gas dat aan het stelsel is onttrokken, vermengt zich met het hete clustergas, waardoor schitterende staarten ontstaan die zich over afstanden van meer dan 200.000 lichtjaar uitstrekken. Het team heeft deze gasstromen nader onderzocht, om meer inzicht te krijgen in de turbulentie die door de interactie ontstaat.
Verrassend is dat de nieuwe MUSE-waarnemingen van deze gaspluim laten zien dat het gas op dezelfde wijze blijft draaien als het sterrenstelsel – zelfs nadat het de ruimte in is geveegd. Bovendien lukte het de onderzoekers om vast te stellen dat de rotatie van de sterren in ESO 137-001 niet veranderd is. Ook dat is een bewijs dat het clustergas, en niet de zwaartekracht, verantwoordelijk is voor de ontmanteling van het sterrenstelsel [3]. Matteo Fossati (Universitäts-Sternwarte München en Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland) en mede-auteur van het onderzoeksartikel concludeert: ‘Met de details die door MUSE zijn geopenbaard komen we dichter bij een volledig begrip van de processen die bij zulke botsingen optreden. We zien de bewegingen in het stelsel en het gas in detail – iets wat niet mogelijk zou zijn zonder het nieuwe en unieke MUSE-instrument. Dankzij deze en toekomstige waarnemingen zullen we een beter beeld krijgen van de wijze waarop sterrenstelsels evolueren.’
Noten
[1] MUSE is de eerste grote integraalveldspectrograaf die ooit op een 8-meter telescoop is geïnstalleerd. Ter vergelijking: bij eerdere onderzoeken van ESO 137-001 werden niet meer dan vijftig spectra verzameld.
[2] De Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA heeft een spectaculaire opname van dit object gemaakt. Maar, anders dan MUSE, toont deze niet de bewegingen van de materie.
[3] Als de zwaartekracht een rol zou spelen bij die ontmanteling, zouden de onderzoekers verstoringen binnen het stelsel zelf verwachten te zien.
Meer informatie
De resultaten van dit onderzoek worden gepresenteerd in het artikel ‘MUSE sneaks a peek at extreme ram-pressure stripping events. I. A kinematic study of the archetypal galaxy ESO137-001’, dat op 10 november 2014 verschijnt in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Het onderzoeksteam bestaat uit Michele Fumagalli (Extragalactic Astronomy Group en Institute for Computational Cosmology, Durham University, VK), Matteo Fossati (Universitäts-Sternwarte München en Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland), George K.T. Hau (ESO, Santiago, Chili), Giuseppe Gavazzi (Università di Milano-Bicocca, Italië), Richard Bower (Extragalactic Astronomy Group en Institute for Computational Cosmology, Durham University, VK), Alessandro Boselli (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Frankrijk) en Ming Sun (Department of Physics, University of Alabama, VS).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
